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2019-2020年高中生物 3.2 細胞器 系統(tǒng)內(nèi)的分工合作學(xué)案 新人教版必修1 知識·巧學(xué)·升華 一、細胞器之間的分工 1.線粒體：線粒體呈顆粒狀或短桿狀，相當于一個細菌的大小，由雙層膜構(gòu)成。內(nèi)膜向內(nèi)折入形成嵴，嵴的存在大大增加了內(nèi)膜的表面積，有利于生物化學(xué)反應(yīng)的進行。線粒體內(nèi)含代謝所需的各種酶，此外，還含有DNA分子和核糖體。線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所，是細胞的“動力車間”。 難點剖析細胞內(nèi)線粒體的多少與細胞的生命活動狀況有關(guān)，生命活動越旺盛，線粒體就越多。實例說明： （1）大鼠肝細胞中線粒體可多到800多個。 （2）飛翔鳥類胸肌細胞中線粒體的數(shù)量比不飛翔鳥類的多。 （3）精子的尾部含大量線粒體。 （4）某些鞭毛蟲細胞只有一個線粒體。 2.葉綠體：葉綠體是進行光合作用的細胞器，是植物細胞的“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉(zhuǎn)換站”。高等植物細胞中葉綠體通常呈橢圓形，外面有兩層膜，內(nèi)部有圓柱狀結(jié)構(gòu)，稱為基粒。葉綠體中也有環(huán)狀的DNA和核糖體。高等植物細胞中葉綠體含量較多，少者20個，多者可達100個。 要點提示 葉綠體在細胞中的分布與光照有關(guān)，有光照時，葉綠體常分布在細胞外周，黑暗時，葉綠體常流向細胞的內(nèi)部。 葉綠體是綠色植物細胞所特有的細胞器，其主要功能是進行光合作用。葉綠體由雙層膜、類囊體和基質(zhì)三部分構(gòu)成。類囊體是一種扁平的小囊狀結(jié)構(gòu)，許多類囊體疊合而成基粒。基粒之間充滿著基質(zhì)，其中含有與光合作用有關(guān)的酶。在類囊體薄膜上，有進行光合作用必需的色素和酶。基質(zhì)中還含有DNA。 3.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)廣泛地分布在細胞質(zhì)內(nèi)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增大了細胞內(nèi)的膜面積，膜上附著很多種酶，為細胞內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的正常進行提供了有利的條件。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類的合成有關(guān)，也是物質(zhì)的運輸通道。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由膜連接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與核膜、質(zhì)膜等一樣，是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和加工以及脂質(zhì)合成的“車間”。 知識拓展 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分為光面和糙面兩種類型。光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上沒有核糖體，這種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與脂質(zhì)代謝有關(guān)；糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上附著有核糖體，核糖體是細胞合成蛋白質(zhì)的場所，所以糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能是合成并運輸?shù)鞍踪|(zhì)。 4.核糖體：核糖體有些附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，有些游離在細胞質(zhì)中，是細胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場所。 5.高爾基體：高爾基體普遍存在于真核細胞中，由一些扁平小囊和小泡構(gòu)成。細胞中的高爾基體一般與細胞分泌物的形成有關(guān)，對蛋白質(zhì)有加工和轉(zhuǎn)運的功能。高爾基體與植物細胞壁的形成有關(guān)。分泌越旺盛的細胞，高爾基體越發(fā)達。高爾基體是細胞分泌物的最后加工和包裝的場所。 知識拓展 高爾基體沒有合成蛋白質(zhì)的功能，但能合成多糖。例如植物細胞的各種細胞外多糖就是高爾基體分泌產(chǎn)生的。植物細胞分裂時，新的細胞膜和細胞壁的形成，都與高爾基體的活動有關(guān)。動物細胞分裂時橫縊的產(chǎn)生以及新細胞膜的形成所需物質(zhì)，也是由高爾基體提供的。 6.溶酶體：溶酶體是1955年大衛(wèi)等在鼠肝細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的。溶酶體并不是在電鏡下被直接觀察到的，而是應(yīng)用新發(fā)展的細胞分級分離技術(shù)分離出來的。這種存在于細胞質(zhì)中的微小顆粒，由于含有各種水解酶，具有溶解或消化作用的功能，因此，人們將這種顆粒命名為“溶酶體”，含義是溶解或消化小體。溶酶體是由粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體產(chǎn)生的，普遍存在于真核細胞（哺乳動物的成熟紅細胞除外）中。 溶酶體是細胞內(nèi)的一種細胞器，是單層膜小泡，大小為0.2～0.8 μm。溶酶體內(nèi)含60多種酶，主要有蛋白酶、脂酶、磷酸酶、糖苷酶、溶菌酶等，在酸性環(huán)境下，它們可將蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、糖類和核酸等多種物質(zhì)分解。酸性磷酸酶是溶酶體的標志酶。溶酶體如果發(fā)育不全，所含的酶種類不全，就可引起疾病。 另外，植物細胞中還有液泡，內(nèi)有細胞液，含糖類、無機鹽、色素和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，可以調(diào)節(jié)植物細胞內(nèi)的環(huán)境。動物和某些低等植物的細胞中還含有中心體，一個中心體由兩個互相垂直排列的中心粒及周圍物質(zhì)組成，與細胞的有絲分裂有關(guān)。 在細胞質(zhì)中，除了細胞器外，還有呈膠質(zhì)狀態(tài)的細胞質(zhì)基質(zhì)，由水、無機鹽、糖類、脂質(zhì)、氨基酸、核苷酸和多種酶等組成。在細胞質(zhì)基質(zhì)中也進行著多種化學(xué)反應(yīng)。 辨析比較 組成細胞的各種結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 功能 線粒體 雙層膜結(jié)構(gòu)，成顆粒狀或短桿狀 有氧呼吸的主要場所 葉綠體 雙層膜結(jié)構(gòu)，分為外膜和內(nèi)膜，內(nèi)膜以內(nèi)是基粒和基質(zhì) 進行光合作用的場所 內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 由單層膜圍成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 增大了細胞內(nèi)的膜面積，膜上附著有大量的酶，為各種化學(xué)反應(yīng)的進行提供了有利條件；是蛋白質(zhì)等物質(zhì)的運輸通道；與蛋白質(zhì)、脂類、糖類的合成代謝有關(guān) 高爾基體 單層膜圍成的扁平囊和小泡組成 與細胞分泌物的形成有關(guān)，對蛋白質(zhì)有加工和轉(zhuǎn)運的功能。此外，還與植物細胞壁的形成有關(guān) 核糖體 無膜結(jié)構(gòu)，橢球形的粒狀小體 蛋白質(zhì)合成的場所 溶酶體 單層膜包裹的小泡 細胞內(nèi)的消化系統(tǒng)與酶倉庫 液泡 單層膜圍成的囊泡，內(nèi)有細胞液 參與細胞的水分代謝，同時也是植物細胞代謝副產(chǎn)品及廢物屯集的場所 中心體 不具備膜結(jié)構(gòu)，每個中心體是由兩個互相垂直的中心粒排列而成 在有絲分裂或減數(shù)分裂過程中與紡錘體的形成 二、用高倍顯微鏡觀察線粒體和葉綠體 1.目的要求：使用高倍顯微鏡觀察葉綠體、線粒體的形態(tài)和分布。 2.材料用具：新鮮的蘚類的葉（或菠菜葉、黑藻葉等），新配制的質(zhì)量分數(shù)為1%的健那綠染液。顯微鏡、載玻片、蓋玻片、滴管、鑷子、消毒牙簽。 3.方法步驟： (1)制作臨時裝片。注意：①蓋蓋玻片的正確方法。②臨時裝片中的葉片要保持有水狀態(tài)。 (2)觀察葉綠體。注意：①正確對光。②先用低倍鏡，后用高倍鏡。③換上高倍鏡后，不要再動粗準焦螺旋。 (3)制作人的口腔上皮細胞臨時裝片。注意：①蓋玻片下兩側(cè)要放頭發(fā)絲支撐、以免壓迫細胞。②觀察過程中，可適當添加染液。 4.觀察線粒體。注意：①線粒體被染成藍綠色。②健那綠有輕微毒性，如果染色過久線粒體可能被破壞，出現(xiàn)空泡。 三、細胞器之間的協(xié)調(diào)配合 細胞內(nèi)的各種細胞器在行使功能時，它們之間是互相配合的，從而形成多條“生產(chǎn)線”。分泌蛋白的合成和運輸就是一個典型的例子（如下圖）。 合成的分泌蛋白運輸?shù)郊毎獾倪^程示意圖 分泌蛋白最初是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行加工，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹著要運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)，離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對蛋白質(zhì)做進一步的修飾加工，然后形成包裹蛋白質(zhì)的囊泡。囊泡移動到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到細胞外。在分泌蛋白的合成、加工和運輸?shù)倪^程中，需要消耗能量。這些能量的供給來自線粒體。 深化升華 分泌蛋白的合成和運輸過程可簡單表示如下： 從中可得知：細胞內(nèi)某一功能的完成需要多種細胞器的協(xié)調(diào)配合。 四、細胞的生物膜系統(tǒng) 在細胞中，細胞器的膜和細胞膜、核膜等結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成細胞的生物膜系統(tǒng)。這些生物膜的組成成分和結(jié)構(gòu)很相似，在結(jié)構(gòu)和功能上緊密聯(lián)系，進一步體現(xiàn)了細胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)配合。 生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中作用極為重要。首先，使細胞具有一個相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境，同時在細胞與外部環(huán)境進行物質(zhì)運輸、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞的過程中起著決定性作用。其次，許多化學(xué)反應(yīng)都在生物膜上進行，廣闊的膜面積為各種酶提供了大量的附著位點。再次，細胞內(nèi)的生物膜把各種細胞器分隔開，這樣就使細胞內(nèi)能夠同時進行各種化學(xué)反應(yīng)，而不會互相干擾，保證了細胞生命活動高效、有序地進行。 知識拓展 （1）在工業(yè)方面，人們研制出選擇透過性膜，濾去海水中的鹽分，淡化海水或處理污水。（2）在醫(yī)學(xué)方面，科學(xué)家研制了一種透析型人工腎，來治療腎病，其中起關(guān)鍵作用的是一種人工合成的膜材料——血液透析膜。 問題·思路·探究 問題1 細胞器有什么功能？ 思路點撥:各種細胞器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)不同，在功能上也各有分工。線粒體是細胞進行有氧呼吸的主要場所，是細胞的“動力車間”。葉綠體是綠色植物能進行光合作用的細胞含有的細胞器，是植物細胞“養(yǎng)料制造車間”和“能量轉(zhuǎn)換站”。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由膜連接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和加工，以及脂質(zhì)合成的“車間”。高爾基體主要是對來自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)進行加工、分類和包裝的“車間”及“發(fā)送站”。核糖體有些附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，有些游離在細胞質(zhì)中，是細胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的場所。溶酶體含有多種水解酶，能分解衰老、損傷的細胞器，吞噬并殺死侵入細胞的病毒或病菌。植物細胞中還特有液泡，內(nèi)有細胞液，含糖類、無機鹽、色素和蛋白質(zhì)等物質(zhì)，可以調(diào)節(jié)植物細胞內(nèi)的環(huán)境。動物和某些低等植物的細胞中還含有中心體，一個中心體由兩個互相垂直排列的中心粒及周圍物質(zhì)組成，與細胞的有絲分裂有關(guān)。 問題2 細胞器之間是怎樣分工合作的？ 思路點撥:細胞內(nèi)的各種細胞器在行使功能時，它們之間是互相配合的，從而形成多條“生產(chǎn)線”。分泌蛋白的合成和運輸就是一個典型的例子。分泌蛋白最初是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中由氨基酸形成肽鏈，肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行加工，形成有一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可以“出芽”，也就是鼓出由膜形成的囊泡，包裹著要運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)，離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，到達高爾基體，與高爾基體膜融合，囊泡膜成為高爾基體膜的一部分。高爾基體還能對蛋白質(zhì)做進一步的修飾加工，然后形成包裹蛋白質(zhì)的囊泡。囊泡移動到細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質(zhì)分泌到細胞外。在分泌蛋白的合成、加工和運輸?shù)倪^程中，需要消耗能量。這些能量的供給來自線粒體。 問題3 什么是生物膜系統(tǒng)？它具有什么功能？ 思路點撥:在細胞中，細胞器的膜和細胞膜、核膜等結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成細胞的生物膜系統(tǒng)。生物膜系統(tǒng)在細胞的生命活動中作用極為重要。首先，使細胞具有一個相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境，同時在細胞與外部環(huán)境進行物質(zhì)運輸，能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞的過程中起著決定性作用。其次，許多化學(xué)反應(yīng)都在生物膜上進行，廣闊的膜面積為各種酶提供了大量的附著位點。再次，細胞內(nèi)的生物膜把各種細胞器分隔開，這樣就使細胞內(nèi)能夠同時進行各種化學(xué)反應(yīng)，而不會互相干擾，保證了細胞生命活動高效、有序地進行。 典題·熱題·新題 例1 下面是對四種細胞器結(jié)構(gòu)特征的部分描述，屬于細胞顯微結(jié)構(gòu)的是 （　?。┆? A.線粒體的棒狀結(jié)構(gòu) B.葉綠體的雙層膜結(jié)構(gòu) C.兩個中心粒的相互垂直結(jié)構(gòu) D.高爾基體的單層膜結(jié)構(gòu) 思路解析：所謂顯微結(jié)構(gòu)是指在普通光學(xué)顯微鏡下看到的細胞結(jié)構(gòu)，亞顯微結(jié)構(gòu)則是在高倍的電子顯微鏡下看到的細胞結(jié)構(gòu)。上述供選答案中B、C、D都是只有在電子顯微鏡下才能看到的細胞結(jié)構(gòu)，只有A所描述的才是光學(xué)顯微鏡下看到的結(jié)構(gòu)，屬于顯微結(jié)構(gòu)。 答案：A 例2 一分子CO2從葉肉細胞的線粒體基質(zhì)中擴散出來，進入一相鄰細胞的葉綠體基質(zhì)中，共穿越過的生物膜層數(shù)是（　?。┆? A.5 B.6 C.7 D.4 思路解析：細胞膜是單層生物膜，線粒體和葉綠體都是雙層膜的細胞器，所以一分子CO2從葉肉細胞的線粒體基質(zhì)中擴散出來進入一相鄰細胞的葉綠體基質(zhì)中，穿越過的生物膜是：線粒體膜（2層）、細胞膜（1層）、相鄰細胞的細胞膜（1層）、葉綠體膜（2層），共6層。 答案：B 例3 從某腺體的細胞中，提取出附著有核糖體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，放入含有放射性元素3H標記的氨基酸的培養(yǎng)液中。培養(yǎng)液中含有核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)完成其功能所需的物質(zhì)和條件。很快連續(xù)取樣，并分離核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。測定標記的氨基酸出現(xiàn)在核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的情況，結(jié)果如下圖所示。請回答： （1）放射性氨基酸首先在核糖體上大量積累，最可能的解釋是________。 （2）放射性氨基酸繼續(xù)在核糖體上積累之后，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中也出現(xiàn)，而且數(shù)量不斷增多，最可能的解釋是________________________________________。 （3）實驗中，培養(yǎng)液相當于細胞中的________。 思路解析：氨基酸是合成蛋白質(zhì)的原料，腺體合成的蛋白質(zhì)主要是分泌蛋白，而分泌蛋白的合成和分泌途徑是：核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→分泌小泡→細胞膜，該過程中需要有線粒體提供能量。所以放射性元素先在核糖體上分布較多，而后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上分泌較多，細胞中的各種細胞器正常的生命活動，必須在細胞質(zhì)基質(zhì)中才能完成。細胞質(zhì)基質(zhì)中游離的氨基酸要在核糖體上經(jīng)脫水縮合形成蛋白質(zhì)，所以放射性氨基酸首先在這里積累；繼而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上又出現(xiàn)并不斷增多的放射性氨基酸，得出蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的結(jié)論。因為細胞器只有在細胞質(zhì)基質(zhì)中才能發(fā)揮其正常的生理功能，細胞質(zhì)基質(zhì)為它提供物質(zhì)和能源等條件，所以培養(yǎng)液在這里相當于細胞質(zhì)基質(zhì)。 答案：（1）核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所?。?）蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中?。?）細胞質(zhì)基質(zhì) 深化升華 細胞質(zhì)基質(zhì)是由水、無機鹽、脂質(zhì)、糖類、氨基酸、核苷酸和多種酶等組成的，其中也進行著多種化學(xué)反應(yīng)。 蛋白質(zhì)的合成與運輸途徑是按下列步驟進行的：a.蛋白質(zhì)的合成是附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體中進行的； b.合成后隨即轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中； c.從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)再運輸?shù)礁郀柣w中加工； d.加工后再轉(zhuǎn)移到細胞頂端，釋放出去。